I Le système binaire PRS 1913+16
I.1 Quelques informations sur l’objet céleste répertorié sous la désignation : PSR B1913+16.
I.1.1 Analyse d’un document
Q1 - Le nombre de chiffres significatifs doit être en rapport avec les données du texte.
Q2 - La taille de la Voie Lactée n'est pas toujours connue et comparer deux grandeurs suppose de les avoir exprimées dans la même unité pour en faire le rapport.
Q3 - La plupart des candidats semblent ignorer la palette d'instruments dont disposent actuellement les astrophysiciens pour exploiter la totalité du spectre électromagnétique.
Q5 - Toutes les données utiles étaient fournies dans le texte, encore fallait-il les convertir dans les bonnes unités.
Q6 - Il ne suffisait pas de reprendre les questions telles quelles : que signifie « sources radios » ? que veut dire « a consommé tout son carburant » ? que signifie « s’effondre » ? Il s'agissait d'imaginer un questionnement progressif, partant des difficultés prévisibles des élèves et il fallait aussi rédiger la correction des questions proposées.
Q7 - Quelle que soit l'argumentation choisie, pour ou contre la place du hasard en science, il était important de proposer des exemples pertinents, récents et suffisamment développés en physique.
Combien d'Archimède a-t-on vu sortir tout nu de sa baignoire et de Newton assommé par une pomme ! Les images d'Épinal de la science faisaient partie des chausse-trappes que les candidats se devaient d'éviter. Le jury suggère aux futurs candidats de déminer les lieux communs de
l'histoire des sciences par la lecture de quelques auteurs « poil à gratter » comme Jean-Marc Lévy Leblond, Françoise Balibard et quelques autres.
I.1.2 Estimation de la taille d’un pulsar
Q8 - La nature solide de la rotation a rarement été discutée.
Q9 - La notion de moment d’inertie et de moment cinétique est ignorée de la plupart des candidats.
Une définition doit contenir la signification des grandeurs qui interviennent et être éventuellement illustrée d'un schéma. Enfin, précisons que la relation demandée entre moment cinétique et vecteur rotation est une relation vectorielle.
Q10 - La conservation du moment cinétique n'est souvent pas justifiée. Quant à la troisième loi de Kepler souvent invoquée, elle n'apporte pas les arguments attendus ici.
Pour l'application numérique, il fallait là encore prendre soin d'utiliser des unités cohérentes et dans tous les cas de discuter de la vraisemblance du résultat.
I.2 Effet Doppler-Fizeau I.2.1 Théorie
Q11 - La modification de la fréquence (plus ou moins aiguë ou plus ou moins grave suivant le mouvement de la source par rapport à l'observateur) n'est pas toujours mentionnée.
Q12 - Toutes les théories physiques ont été passées en revue : physique classique, relativité générale et même mécanique quantique ! Il est de plus assez stupéfiant qu'un nombre non négligeable de candidats ne puissent énoncer le contenu physique du principe de relativité alors que celui-ci est enseigné à présent en classe de terminale.
Q13 - La démonstration de la variation de la période du signal reçu en fonction de la vitesse de la source a souvent été assez bien menée mais le jury attendait l'utilisation de schémas clairs qui aidaient à la compréhension du raisonnement étant donné que la formule attendue était fournie dans le texte.
Q15 - Là encore un schéma permettait d'expliquer pourquoi la projection sur la direction de visée était nécessaire. De plus une projection ne suffit pas, il faut aussi que la distance émetteur-observateur soit grande devant la distance parcourue par la source pendant une période.
Q16 - Curieusement alors que toute l'information était contenue dans le texte à analyser très peu de candidats ont su répondre correctement à cette question.
I.2.2 Mise en œuvre d'une activité expérimentale en TS
Q17 – a) L'origine des raies du sodium est incomprise de la plupart des candidats.
b) Les schémas proposés pour réaliser le spectre sont souvent irréalistes : il manque la fente-source et presque toujours la lentille qui sert, rappelons-le, à faire l'image de la fente sur l'écran.
Profitons-en pour indiquer qu'un professeur se doit de maîtriser les techniques élémentaires de dessin !
e) Le facteur 4 n'a pratiquement jamais été élucidé.
f) Un certain nombre de candidats n’ont pas vu le document 3 et ont travaillé à la règle sur le document 2, ce qui a entraîné des résultats très imprécis.
Les incertitudes de mesure n'ont souvent pas été évaluées, même par les candidats qui ont compris comment faire.
Q18 - Dans sa pratique professionnelle courante, la préparation de l’écriture d’une activité
d’apprentissage demande au professeur de se constituer une documentation qu’il doit exploiter pour délimiter les savoirs et savoir-faire qui seront mobilisés dans l’activité.
Dans cette question, il était demandé aux candidats, après des questions préliminaires lui
permettant de s’approprier le sujet d’étude (Q17a à Q17f), d’en opérer une transposition didactique et pédagogique tenant compte des connaissances exigibles au niveau donné.
Il ne suffisait donc pas d’articuler dans un timing donné les questions allant de 17a à 17f avec leurs réponses, mais bien d’en opérer une transposition à la portée des élèves en partant de prérequis réalistes, sans excéder la demande institutionnelle des programmes. La prise en compte des difficultés attendues des élèves devait amener à exposer les activités d’appropriation des documents, des concepts, du matériel. Il s’agissait également de reformuler des questions adaptées au niveau des élèves et d’apporter éventuellement une aide pour comprendre certains documents.
I.3 Caractéristiques du système binaire
I.3.1 Transformation du pb à 2 corps en pb à 1 corps
Q19 - Beaucoup de candidats se sont contentés d'affirmer le résultat sans justification.
Q20 - Comme toute force, la force gravitationnelle est un vecteur et à ce titre doivent être précisés non seulement sa norme mais aussi sa direction et son sens.
Q21 - Dans la définition de R*, il ne suffit pas de dire que G est fixe.
I.3.2 Paramètres orbitaux
Q25 - L’énoncé des lois de Képler est resté trop souvent évasif voire incohérent (une planète ne balaie pas une aire par exemple).
Q27 – Là encore un dessin était le bienvenu pour étayer le raisonnement.
Q28 – Exercice classique de mécanique mais où beaucoup de candidats n'ont pas pris soin d'expliciter la nature vectorielle de l'accélération centripète pour la mettre en relation avec la force de gravitation. Il en résulte des démonstrations très approximatives (si tant est qu'une
démonstration fausse puisse être qualifiée d'approximativement vraie).
Q29 – Le passage de la particule fictive au pulsar n'a quasiment jamais été traité. C'était pourtant l'objet de la question Q23 qui préparait ce travail.
I.4 Ondes gravitationnelles I.4.1 Pertes par rayonnement
Q32 – Il fallait bien entendu utiliser la masse réduite du système comme le suggérait le renvoi à la question Q24
Q33 – Bien qu'associé à une perte d'énergie le signe « - » n'a très souvent pas été pris en compte pour relier la puissance rayonnée avec le taux de variation d'énergie du système.
I.4.2 Test du modèle
Q34-Q35 – Ces questions n'ont jamais été traitées.
II Détecteur d'ondes gravitationnelles
Q36 – Très peu de candidats savent ce qu'est une cavité Fabry-Perot. Il était donc évidemment difficile dans ces conditions de comprendre l'allongement du parcours dans chaque bras.
Q37 à Q39 – Ces questions ont très rarement été traitées.
Q40 - Il n’y a pas que la valeur /2 qui rend le sinus maximal.
Q41 - Il n’y a pas que la valeur qui annule le sinus.
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